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1、第6章 生命周期评价的应用,北京大学环境科学与工程学院,北京大学环境科学与工程学院,第6章 生命周期评价的应用,在过去的10年中，通过实施ISO 14000国际环境管理标准，LCA的应用已遍及社会、经济的生产、生活的各个方面。在材料领域，LCA用于环境影响评价更是日臻完善。到目前为止，LCA在钢铁、有色金属材料、玻璃、水泥、塑料、橡胶、铝合金、镁合金等材料方面，在容器、包装、复印机、计算机、汽车、轮船、飞机、洗衣机及其他家用电器等产品方面的环境影响评价应用都有报道。,北京大学环境科学与工程学院,6.1 建筑瓷砖的环境影响评价,我国是世界上最大的建材生产国。从资源的消耗到环境的损害，建材行业一直
2、是污染较严重的产业。为考察建材生产过程对环境的影响，用LCA方法评价了某建筑瓷砖生产过程对环境的影响。该瓷砖生产线的年产量为30万m2，采用连续性流水线生产。所需原料有钢渣、黏土、硅藻土、石英粉、釉料以及其他添加剂等，消耗一定的燃料、电力和水，排放出一定的废气、废水、废渣，其生产工艺示意图见图6-1,北京大学环境学院,图6-1 某瓷砖生产工艺示意图,北京大学环境科学与工程学院,6.1 建筑瓷砖的环境影响评价,在LCA实施过程中，首先是目标定义。对该瓷砖生产过程的环境影响评价的目标定义为只考察其生产过程对环境的影响；范围界定在直接原料消耗和直接废物排放，不考虑原料的生产加工过程以及废水、废渣的再
3、处理过程。对该瓷砖生产过程的环境影响LCA评价的编目分析，主要按资源和能源消耗、各种废弃物排放及其引起的直接环境影响进行数据分类、编目。如能耗可分为加热、照明、取暖等过程进行编目；资源消耗则按原料配比进行数据分类；污染物排放按废气、废水、废渣等进行编目分析。由于该生产过程排放的有害废气量很小，主要是二氧化碳，故废气排放量可以忽略，而以温室效应指标进行数据编目。另外，在该瓷砖生产过程中其他环境影响指标如人体健康、区域毒性、噪声等也很小，因此在编目分析中也忽略不计。,北京大学环境学院,在环境影响评价过程中采用了输入输出法模型，其输入和输出参数见图6-2所示。其中输入参数有能源和原料，输出参数包括产
4、品、废水、废渣，以及由二氧化碳排放引起的全球温室效应。,北京大学环境学院,图6-2 某瓷砖生产线的输入输出法评价模型,北京大学环境科学与工程学院,通过输入输出法计算，得到该瓷砖生产过程对环境的影响结果见图6-3，其中图6-3(a)为能源和资源的消耗情况，图6-3(b)为对环境的影响。由图可见，该瓷砖生产过程的能耗和水的消耗较大。由于采用钢渣为主要原料，这是炼钢过程排放的固态废弃物，因此在资源消耗方面属于再循环利用，这对保护环境是有利的生产工艺。,北京大学环境学院,图6-3 某瓷砖生产过程的环境影响LCA评价结果,北京大学环境科学与工程学院,另外，该工艺过程的废渣排放量较小，仅为0.5 kg/m
5、2。废水的排放量为30 kg/m2，且可以循环再利用。相对而言，该工艺过程的温室气体效应较大，生产l m2瓷砖要向大气层排放19.8 kg二氧化碳，因此，年产量为30万m2的瓷砖向空中排放的二氧化碳总量是相当可观的。对LCA评价结果的解释，除上述的环境影响数据外，通过对该瓷砖生产过程的LCA评价，提出的改进工艺主要有降低能耗、降低废水排放量、减少温室气体效应影响等。,北京大学环境学院,6.2 聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价,全世界约有4万家涂料生产厂。包括乡镇企业在内，中国目前约有上万家，有一定规模的涂料厂也有几百家。由于高能耗、低质量、污染环境、损害人体健康等原因，急需采用先进技术改进
6、生产工艺和相应的施工技术。其目标定义为该防水涂料的生产过程对环境的影响，不考虑涂料的施工及使用对环境及人体健康的影响；范围定义在直接原料消耗和直接废物排放以及其他因素对环境的直接影响，不考虑原料的生产加工过程及废水、废渣的再处理过程。,北京大学环境科学与工程学院,根据图6-4的防水涂料生产工艺示意图，对该涂料的环境影响因素进行编目分析。主要按资源和能源消耗，各种废弃物排放及其引起的直接环境影响进行数据分类、编目。如能耗可分为加热、照明、取暖等过程进行编目；资源消耗按原料配比进行数据分类；污染物排放按废气、废渣等进行编目分析。由于是生产涂料的工艺过程，生产中排放大量的有机废气。除二氧化碳以温室效
7、应指标进行数据编目外，还用区域毒性和挥发性有机物来评价有害气体排放对环境和人体健康的影响。相对而言，涂料生产过程中的废水排放量很小，可以忽略。另外，在该生产过程中噪声等影响因素也很小，因此在编目分析中也可忽略不计,北京大学环境学院,图6-4 某防水涂料的生产工艺示意图,北京大学环境科学与工程学院,用输入输出法评价该防水涂料对环境的影响，其输入和输出参数见图6-5所示意。其中输入参数有能源和原料，输出参数包括涂料产品、废渣、有机挥发物、区域毒性水平以及由二氧化碳排放引起的全球温室效应,图6-5 某防水涂料生产过程的输入输出法评价模型,北京大学环境学院,根据输入和输出数据计算得到该防水涂料对环境和
8、人体健康的影响结果见图6-6。其中资源的消耗包括原料和燃煤获取能源的消耗，能源的需求相对较高，1 kg产品需耗能8.8 MJ。从环境的影响看，该工艺过程的固体废弃物排放量较小，仅为0.054 kg/kg。由于能耗较高，相应的温室气体效应较明显，当量二氧化碳气体排放达0.572 kg/kg。对人体健康有影响的有机挥发物排放较少，为0.15 kg/kg。包括有机固体废弃物在内，该防水涂料生产过程排放的有害物的区域毒性影响为2.5 kg/kg，表明该工艺尚有改进的余地。,北京大学环境学院,北京大学环境学院,对LCA评价结果的解释，除上述的环境影响数据外，通过对该涂料生产过程的LCA评价，提出的改进工
9、艺主要有提高资源效率、降低能耗、降低总有害物的排放量及减少温室气体效应影响等。,北京大学环境学院,6.3 用层次分析法评价一般材料的环境影响,用层次分析法评价铁、铝和高密度聚乙烯等在使用过程中的环境影响。定义一个环境指数为LCA的评价目标。评价范围界定为材料的使用过程对环境的影响。将目标层、准则层及方案层构造完毕后，按照LCA原理，可以进行环境影响评价的编目分析。由于是评价材料在使用过程中的环境影响，除考虑被评价材料的环境因素如能耗，资源消耗，温室效应，人体健康影响，排放的废气、废水及固态废弃物外，还应考虑材料的使用性能如拉伸强度、线膨胀系数、比热、电导及电极电位等，详细见图6-7的编目分析示
10、意图。图中目标层为环境指数，准则层为环境影响及材料性能，方案层为具体的各种指标。收集编目分析的各种具体数据，可构造如式(6-1)及式(6-2)两个矩阵。,北京大学环境学院,图6-7 常用材料环境影响的编目分析示意,北京大学环境学院,(6-1)(6-2)式中：S*材料性能指标；E*环境影响指标；HEDP高密度聚乙烯。,北京大学环境学院,解矩阵式(6-1)及式(6-2)，得到三种材料环境影响及性能指标的AHP分析结果，见表6-1。显然，这三种材料在使用过程中，高密度聚乙烯的环境影响最小，铁的环境影响也比较小，铝的环境影响最大。这个结果与用输入输出法评价的同样三种材料的环境影响趋势是一致的。,北京大
11、学环境科学与工程学院,6.4 汽车轻型化能否减轻环境负荷6.4.1 汽车和地球环境的关系,全世界的汽车数量在急剧地增长，其大量消费矿物燃料，并且大量生产、大量消费、大量废弃的汽车已导致地球的温室效应、酸雨、垃圾等诸多的环境问题。,北京大学环境科学与工程学院,6.4.2 改善油耗的技术与车辆轻型化,有很多改善汽车油耗的技术，可以分类为减少行驶阻力和提高机械效率两大类。前者包括减轻车体重量、减少空气阻力、提高轮胎的牵引性等；后者包括提高传动及发动机效率等。从统计数据可知，降低10%的车体重量可以降低油耗10%。车体轻型化包括：1）采用高强钢；2）改用轻型材料（铝、塑料）；3）改变形状（如减少厚度、
12、使用空心材料、小型化、集成化等）。另外通过减少发动机中高速往复或旋转运动部件及传动部件的重量也可以使发动机等的效率得到提高。,北京大学环境学院,6.4.3材料轻量化的现状与动向,1)钢铁材料高强度钢的发展 汽车是由车体、转动部分、发动机等驱动装置及各种装置的部件组成，高强度的车身钢板可以做得很薄。开发出了各种成型性好的高强度钢板，可根据车身不同部位的成型条件及特性灵活应用。如添加P元素的钢、复合钢板及热涂时发生时效硬化的BH钢等都是典型的例子。最近，高残余奥氏体钢和IF钢（通过添加Nb和Ti，固定C和N的interstitial free钢）等的采用比例也提高了。对整个车身来说，这类钢板的实用
13、率约为25%。经过表面处理的钢板使用率也增至约70%，其中36%是高强度钢板。此外，汽车底盘使用高强度钢板的比率约为25%，至于焊接部位的强度和疲劳特性方面，通过在钢板及设计方面的一些措施可以改善，因而高强钢将会被更多地采用。随着高强度钢和结构钢的技术进步，除薄钢板之外，以圆钢和钢管作为原材料的部位也要尽量轻量化。,北京大学环境科学与工程学院,2）铝的扩大使用,作为汽车材料，铝的使用率只占百分之几，而且大部分是铸造铝合金。铝原材料价格比钢材贵数倍，因而目前铝材优先用于一些高档车。除了铸铝合金外，用做冲压、轧制和锻造材料的形变铝合金也开始被采用。若将车身材料由钢板换成铝合金板，可使车体重量大幅度
14、降低。1991年，日本汽车商开始销售全铝材车身的赛车，这种车的铝材使用率为31%，车身重量减少13%。,北京大学环境学院,北京大学环境科学与工程学院,汽车材料构成比例中，塑料的比率也在逐年增加。,北京大学环境学院,6.5 再生纸是否与环境协调6.5.1利用再生纸的背景,纸可以说是文化的标志，1989年的统计表明，全世界的纸用量为23000万吨，每人每年平均用纸45kg,而美国人均达300kg，西欧和日本人均约200kg,就是说发达国家消耗的纸占了一大部分。在很久以前，人们就认识到了以旧纸作纸浆比木材作纸浆造纸更经济，因再生纸的利用得到了长足的发展。随着环境问题意识的高涨，人们担心大量用纸会加重
15、环境负荷，因而对再生纸的使用更寄予厚望，希望能减轻环境负荷。但是也有观点认为利用再生纸对环境保护并无贡献，究竟如何呢？,北京大学环境科学与工程学院,6.5.2 造纸工艺及再生工艺,造纸是使木材中的植物纤维分散在水中（制浆），经过抄浆、干燥、使纤维通过氢键结合起来的过程。这种氢键在常温的水中即可离解，因而可重新抄纸。为了将木屑的纤维细胞分散开，可采用机械方法（加剪力将其撕开）和化学方法（用碱等化学试剂将粘接纤维细胞的木质素分解即蒸解）。用前一种方法做的浆称为机械浆，用后一种方法做的浆称为化学浆。另外，根据需要，还要漂白纸浆。氯气曾作为漂白剂使用，但由于生成有害的dioxime(TCDD;2,3,
16、7,8-四氯(b,e)（1，4）二恶英，是一种剧毒性物质，有很强的致癌作用和致畸形作用），以及氯气易溢出等原因，现在开始转用高氯酸、双氧水、臭氧及氧气等作漂白剂。,北京大学环境学院,造纸工艺及再生工艺,在抄浆工艺中，为使纸张平滑，不透光，要添加一些氧化钛和碳酸钙等填充剂，此外还要加入一些淀粉填料和染料等。若选用旧纸作原料，首先要将旧纸从家庭、工厂收集起来，去除杂物；然后在水中进行软化、分散处理，将胶片、别针、胶等异物通过过滤、离心分离等方法除去；然后用表面活化剂将印刷油墨乳化分解，用水洗掉携带油墨粒子的泡沫。最后，根据需要进行化学漂白。抄浆工艺和上述新浆的工艺基本相同。,北京大学环境学院,原浆
17、纸与再生纸的环境负荷比较,1)能耗 在利用旧纸浆的情况下，所需的动力主要用于旧纸在水中离解，去除杂质与流送杂物，可以想象在浆化过程中能耗是非常少的。对浆化过程所消耗的能量有各种各样的统计结果：化学浆化是10.4716.75Mj/kg，机械浆化是4.18714.65Mj/kg。再生浆化是2.0934.187Mj/kg。对于浆化来说，如何评价能量的回收是有争议的。使用再生纸大体可以节省能量8.37410.47MJ/kg，即能节省约1/3。这里的问题是：扔掉的旧纸既使不化浆也可以回收能量。纸的燃烧热是12.56MJ/kg，若能100%的回收的化，可以比化浆获得更多的能量。对于旧纸，运输体积只有木屑的
18、四分之一，从运输上来说可以节能。但旧纸是从不同的地方收集来的，为了回收废纸的运输距离也不容忽视。总之，从总体上考虑，虽有异议，但在这里判定再生纸为赢家。,北京大学环境科学与工程学院,2)大气污染 SO2在燃料的燃烧阶段产生,粗略地讲是和整个工程的能耗相关的。如此看来，再生纸产生的SOx数量是要少一点。另外树皮纸浆不可避免的要产生甲硫醇等恶臭物质；而再生浆中就很少。还有，在纸浆输送过程中会有NOx气体放出，与能耗的情况相同，这里也判定再生纸为赢家。,北京大学环境科学与工程学院,3)水质污染造纸工艺需要大量的水，大型造纸厂日需水量高达45万吨，这相当于百万人口城市的用水量。即使说原生浆和再生浆分散
19、时所用水量相同，但仅就脱墨过程中水的消耗量而言，再生纸或许要多一些。要制作白纸。必须将木质素溶解析出（洗提），由木质素生成的有机衍生物除了随排水排出之外，洗提出的部分纤维素，半纤维素还会生成糖类和有机酸，从而造成生化耗氧量（BOD）和化学耗氧量（COD）值的增大。各工艺生成的微小纤维会形成固体悬浮物（SS），经过适当处理虽对水质污染影响不大，但有处理淤泥的问题。具有良好保存性的中性旧纸中，碳酸钙涂层及淀粉在浆化过程中会使排水中的COD等污染物质的浓度增高，并使成品质量下降。另外，附在旧纸上的种种灰尘和脏物等也会污染水质。关于水质污染这一项我们先判为平局。,北京大学环境科学与工程学院,4)固体废
20、弃物固体废弃物主要指排水中的污泥渣及混在旧纸中的垃圾。对原生浆来说，木屑在运输和堆放在室外时，常常有飞散到周围环境中去的问题。因此，这一项判再生纸为全赢。,北京大学环境科学与工程学院,5)关于保护绿色环境要得到1t的机械浆就需要2.12.4m3的木材，而1t的牛皮纸浆则需要3.54.2 m3的木材，当然再生浆不需要木材。通常不会为了获得制浆用的木屑去砍伐树木，一般使用的是间伐树木、毁坏木材或木材的下脚料。然而制浆却使用了木材生产量的12%。尤其考虑到今后用纸量增大的情况，再生纸的意义就更大了。因此从保护绿色环境的角度看。再生纸是好的，是胜方。当然进口废纸要特别当心，以防别人的垃圾输出。总之，从
21、一般意义上讲，使用再生纸会减轻环境污染。,北京大学环境学院,6.6 硅酸盐水泥的生命周期评价方法,硅酸盐水泥LCA评价一般分为两种。广义的LCA评价：就某一区域的水泥工业系统进行总体评价，对确定水泥的环境地位，制定相应的环境政策及水泥工业的可持续发展战略具有指导意义。狭义的LCA评价：对确定的水泥工业系统进行评价，为水泥的环境性能改善、新工艺和新技术的发展提供方向和指导。考虑到水泥寿命周期的不确定性，在此以原料开采至水泥生产，同时以一定标准的混凝土制造，构成LCA评价的寿命周期。,北京大学环境学院,硅酸盐水泥的生命周期,北京大学环境学院,6.6.1体系的边界条件,研究对象为硅酸盐水泥，原料采用
22、石灰石、粘土及石膏。吨水泥料耗：石灰石1.3吨、粘土0.3吨、石膏50Kg；不考虑工业废渣的利用，功能单位以1m3标准混凝土所用水泥重量计，并以此构成完整寿命周期。1m3标准混凝土配比为：270kg水泥，60kg石灰，1850kg集料。不考虑水泥的循环利用、废弃处理，5吨柴油汽车运输，水泥和混凝土原料运输距离分别假定为5Km和30Km。生产设备、建筑设施相关的环境污染不予考虑。,北京大学环境学院,6.6.2 硅酸盐水泥LCI（清单）分析,下表中的电力生产污染数据是按我国发电能耗平均值0.424kg标准/kwh,折合为热值24244KJ/Kg燃煤计算而来；CO2生成量按原煤固定碳含量50%计算,
23、原煤灰份以20%计，电力生产、运输系统NO2、SO2生成量系根据相应平均排放因子计算得到。所有的原料开采以相同的电力消耗计，未考虑其他污染物。同理可得水泥生产过程的环境数据,北京大学环境学院,硅酸盐水泥LCI,北京大学环境学院,硅酸盐水泥LCI,北京大学环境学院,北京大学环境学院,北京大学环境学院,6.7 塑料环境影响评价,从事LCA研究的英国Open大学布斯捏提教授，在欧洲塑料工业协会的资助下，召集英国、瑞士、德国、瑞典的学者组成专门学术小组，确定了方法论；同时对日常生活中常用的通用树脂，高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、发泡聚苯乙烯（EP
24、S）、聚氯乙烯树脂（PVC）和聚酯树脂（PET）等进行了PLAC研究。下表列出了欧洲小组实施的将HDPE、PP、PVC及EPS换算成发泡体的数据。这些数据是19个石油化学联合企业的平均值。,北京大学环境学院,北京大学环境学院,今后的研究方向,机械再生循环（Mechanical Recycle如树脂的再生利用），原料再生循环（feed stock recycle即作为原料，再资源化）和热再生循环（thermal recycle即作为焚烧回收能源的再资源化）哪种更适合于塑料制品（例如EPS盒）的再生利用，也就是说那种再生循环方法与环境更为协调的问题。,北京大学环境学院,6.8 从生命周期评价看白色
25、污染治理,人们熟悉的PS发泡一次性餐具曾带给国人饮食习惯上的一次变革，促进人们建立方便卫生快捷的现代生活方式；但由于使用后的随意丢弃也引发了不容忽视的环境问题“白色污染”。解决这一问题的途径何在，究竟“替代和禁用”更益于生态环境还是“回收再利用”更符合持续发展战略的争论仍未有定论。,北京大学环境科学与工程学院,6.8.1 PS发泡餐具的发展,发泡PS是由聚苯乙烯发泡成平板片材后成型为各种形状的产品，其材质稳定，安全卫生，轻巧便利，成本低廉；具有良好的保温性，能延长食品温度及鲜度的保持时间；优异的防潮性，确保食品不受污染；质轻强度好，运输方便，不易变形，广泛用作食品容器，有着不可替代的优势。我国
26、的泡沫塑料行业在90年代得到蓬勃发展，挤出发泡生产线超过百条，生产能力10万吨以上，大型成型机150台，餐盒年生产能力150亿只以上，实际产量80亿只。生产工艺自身也不断得到提高，CFC发泡技术被淘汰，代之以丁烷，戊烷或二氧化碳发泡工艺。在蒙特利尔议定书（Montreal Protocol）框架下，企业从多边基金获得资助进行技术改造，促进了产业的技术进步。,北京大学环境学院,6.8.2 替代品的发展,发泡餐具的替代品包括纸制品和降解塑料制品等，其中纸制品一是由木材为主制成木浆，再由木浆制成纸板，经成型，折叠制成餐具，其将消耗大量木材；另一种是纸浆模塑餐具，由植物纤维制浆（木浆与草浆或蔗渣浆，秸
27、杆浆等按一定比例混合）一次成型生产，除消耗一定木材，还耗费大量能源；纸制品成本价格是发泡PS产品的23倍。实验表明，在通常条件下，5个月后纸制餐盒才可完全分解；可见视觉污染并未消除。况且，可分解未必就有益于环境，因分解所产生的甲烷会导致温室效应，而生物分解所产生的渗漏水也会污染地下水。虽然理论上造纸厂可回收利用，但由于这种餐盒添加了防油防水剂，因此回收需添加特殊设备，经济上不核算，目前还没有造纸厂愿意回收这种餐盒。降解塑料制品主要有：光降解，以添加光敏剂取得降解效果；生物降解，添加淀粉类可降解物质，以获得降解效果；此外还有光生物双降解模式。降解塑料成本比发泡塑料高10%左右，且降解受空气，阳光
28、，水，微生物等因素影响，需13年的时间分解为碎片或粉末，并不能真正降解和完全被土壤吸收，其碎片在20年的时间内，仍有50%左右的残留量存在，因而降解塑料也面临一个回收问题。但降解塑料因其搀有降解材料而难以再利用。,北京大学环境科学与工程学院,6.8.3 利用生命周期法进行环境影响评价1)利用LCA评价的必要性,在考虑对环境的负荷时，会得到一些出乎意料的结果。比如在商店购物时，给顾客的聚乙烯(PE)购物袋比纸购物袋更利于保护环境。这似乎同人们的想象大相径庭。在人们的意识中，聚乙烯购物袋用过扔掉后，不能在自然中风化降解，常常随风飘扬，破坏生活景观，造成环境污染。但对聚乙烯购物袋和纸制购物袋的环境负
29、荷对比评价表明，PE购物袋的能耗量较低。这两种产品的生命周期是：PE从原油的开采开始，纸是从伐木开始，经过产品的制造，使用，然后将使用后的一部分进行再生循环处理，直到最后作无公害焚烧的过程。环境负荷评价就是对这两种产品在整个寿命周期中的能耗量进行分析和计算。结果表明(见表)，在容量相同的情况下，纸袋的能耗是PE购物袋的1.52倍(随再生率的提高,二者能耗差距减小)。类似地，PE购物袋在产生的固体垃圾数量和废气排放量方面，也要低于纸购物袋。纸袋在再生循环处理中会排出更多的污水，这是造成纸环境负荷增加的主要原因。这些结果表明聚乙烯袋对环境造成的负荷程度比纸袋要低。,北京大学环境学院,北京大学环境学
30、院,2)全过程评价PS餐盒与纸制餐盒的环境负荷,从资源角度，PS餐盒消耗少量原油，而纸制餐盒在制造中为了保证质量则需添加一定比例的原木浆（见表）。餐盒用量如此巨大，若全面推广，势必造成大量木材的消耗，导致森林砍伐的加剧。值得注意的是，我国森林面积为1.3亿公顷,森林覆盖率为13.92%,人均占有森林面积只相当于世界人均水平的17.2%,居世界第119位。显然在原料角度纸制餐盒的环境负荷要大得多。从原料加工来看，PS餐盒的原料主要来自石油加工的副产品，虽然也有一定的能量消耗和污染物排放；而制浆的制造历来是耗能大户，耗水大户，排污大户。造浆工艺需要大量的水，一个大型造纸厂日需水量高达45万吨，这相
31、当于百万人口城市的用水量。而据国家的有关统计，我国的水资源总量为2.8亿立方米,居世界第6位,可按人均占有量计算,却仅为2340立方米,在国际上排第88位,已被列入世界12个贫水国家的名单中。在制浆中须将木质素溶解析出，由木质素生成的有机衍生物除随排水排出之外，洗提出的纤维素，半纤维素还会生成糖类和有机酸，从而造成水中生化耗氧量（BOD）和化学耗氧量（COD）值的增大。各工艺生成的微小纤维会形成固体悬浮物（SS），经适当处理虽对水质影响不大，但有处理淤泥的问题。,北京大学环境学院,北京大学环境学院,2)全过程评价PS餐盒与纸制餐盒的环境负荷（续）,在产品加工制造中纸制餐盒的能耗远远大于PS餐盒
32、，因其工艺的限制，其在成型后须立即干燥，需消耗大量的电能。而中国的能源储藏决定了能源结构是以煤为主，能量的消耗就意味着颗粒物，SO2的排放。在产品运输方面，纸制餐盒自身重量是PS餐盒的5倍，运送同样数量的餐盒，用PS餐盒可节约30%的能量，对空气的污染也减小了。此外卫生与健康问题也绝对不容忽视。餐盒的功用不止便于外带而已，它们还能保护食物。这一点PS餐盒显然具有优势。速食包装在卫生问题的影响值得深思。从使用后来做比较，PS餐盒废弃后对市容景观产生视觉污染且长期难以降解，但可回收利用解决这一问题；纸制餐盒虽经一定时间可自行分解，但若随意丢弃，则视觉污染依然存在。综观这两种产品的生命周期全过程，显
33、然纸制餐盒对环境的影响要大，盲目推广使用的危害显而易见。,北京大学环境学院,6.9 对社会基础设施的环境平衡评价,对环境施加负荷的技术可分为能量相关技术和非能量相关技术两大类。前一种指发电设备、汽车或照明灯具等这类消耗能量的同时又可作功或产生能量的技术；后一种则指建筑物、衣服、家具等使用时不消耗能量的。,北京大学环境学院,6.9.1能量相关技术的环境负荷,对于能量相关技术而言，其特征是运行时的能耗比制造设备、生产产品或建设设施时的能耗要大得多，并且随设备和产品使用年限得增加而增大。运行消耗的能源多为矿物能源或电力，所造成的环境影响主要是SOx,NOx,CO2等大气污染物质。对能量相关技术，减轻
34、环境负荷最有效的对策就是减少运行时的能耗，即提高效率。此外，延长这些设备和产品的使用寿命，可减少其产量，降低制造时的能耗，还可以有效地减少废弃物。,北京大学环境学院,6.9.2 非能量相关技术的环境负荷,非能量相关技术的环境问题主要是废弃物的问题。如何减少废弃物的问题就成为中心课题。精心使用性能优异的物品，开发耐用及可以修理的产品十分重要。对于城市建筑，尽可能延长其构架的使用寿命，只是在内外装潢上跟上时代潮流就足够了。将更换品和废旧市场的东西予以再利用，扩大普及再利用就显得更有必要。再利用不一定局限于国内，也希望扩展到一些物质紧缺的发展中国家。但为防止发达国家利用人工费便宜和环境法规不健全而变
35、相向发展中国家出口垃圾，发展中国家必须建立自己的再生循环利用体系。,北京大学环境学院,6.9.3 环境影响评价 对于发电厂以CO2（重要的地球温室气体）为例进行周期分析,北京大学环境学院,发电厂周期分析,最初的设备建造、运行所需要的材料能耗，可通过累加设备制造各工序及运行投入的材料和能量来求得。将建造材料和运行能量换算成热量，即可求出在寿命周期中所投入的总能量，再从投入的总能量算出发电厂的CO2的单位排放量。设备制造和运行时间接排放的CO2，按设备的制造和运行所投入的能量分为煤炭、石油、天然气和电力几大类，再乘以各自的CO2单位排放量，就可以算出。也就是说所求得的材料和能量乘以由产业相关表预先
36、算出的单位能耗及CO2单位排放量，就可以算出整个工厂投入的能量和间接排放出的CO2数量。算出的数值加上发电时燃料燃烧排放出的CO2数量，即可以得出直接与间接放出的CO2数量。除此之外，还要考虑制造水泥时化学反应所放出的CO2，油气井中天然气所含的CO2等。开采天然气及挖掘煤炭时逃逸到大气中的甲烷对地球的温室效应影响也要换算为CO2。将所有这些在寿命周期中直接、间接产生的CO2排放量加起来除以发电量，即可得到以每千瓦小时的CO2单位排放量来表示的发电厂对地球温室效应的影响。,北京大学环境学院,北京大学环境学院,图中的结果是在假设发电厂寿命为30年，并以此期间的能耗为基础计算得到的。从图中可以看出
37、，按原子能、中小水利、地热、其他天然能源和火力发电的顺序，CO2的单位排放量从小到大递增。与原子能及天然能源相比，火力发电对地球温室效应的影响要大得多。这是因为发电时由燃料燃烧直接放出的CO2量，比设备制造、运行或甲烷泄露等间接的CO2排放量要大得多的缘故。出乎意料的是，除了水力和地热外，使用其他自然资源的设施排放的CO2很多，这是由于要将非集中得自然能量集中起来，不得不投入大量的设备。,北京大学环境学院,在自然能源中，能量密度最高的是水力和地热，它们在减小地球温室效应方面占有优势。水电的CO2单位排放量为5.6g(碳)/Kwh,仅占液化天然气发电的1/30。核能和自然能一样，对地球温室效应的
38、影响不大，其数据依铀的浓缩方法不同而有很大差异。和液化天然气火电站相比，若铀浓缩采用气体扩散法约为1/5，若用离心法，则仅为1/16。核电站系统燃料的循环比较复杂，建站的物质和能量需求量很大。但是投入的能量，以使用寿命平摊，也只占年投入量（不包括燃料）的10%，这不是很大的数值。,北京大学环境学院,6.11 生命周期评价在城市垃圾管理中的应用6.11.1 我国所面临的主要城市垃圾问题,1995年，全国共有647座城市。城市非农业人口18490万人，城市垃圾清运量为10671万吨。尽管有932座垃圾处理设施，但是无害化处理率却只有43.7%。1996年全国工业固体废物产生量为6.6亿吨，历年累计
39、堆存量达64.9亿吨。占地51680km2。随着经济的增长和生活水平的提高。我国城市垃圾每人每年的产生量约为440kg，在过去的十几年里，城市垃圾平均以8%-10%的速度增长。,北京大学环境学院,6.11.2 LCA在城市垃圾减量化的应用,如前所述，LCA可以预测某一种产品或某项活动在整个生命周期中对环境的可能影响，因而是一种促进环境管理的有用工具。同样，其也可以有效地应用到废物管理，评价环境的可持续性。,北京大学环境学院,2）目标的确定研究的目的和目标是：探索LCA在我国城市垃圾管理系统中的应用，预防和减少城市垃圾的产生；改进现有城市垃圾管理系统。3）系统范围 包括城市垃圾处理和处置过程，而
40、不包括城市垃圾的回收。因为目前分类收集对城市垃圾的实际影响并不明显。,北京大学环境学院,北京大学环境学院,北京大学环境学院,北京大学环境学院,北京大学环境学院,5）影响分析,通常根据研究目的和目标来确定分析范围，如土地使用价值，处理费用，减量，填埋，堆肥和焚烧的管理等。A)卫生填埋填埋场内的物质可以通过以下多种途径逸出：填埋气体，渗出液，表面径流，被风吹走的轻物质和尘土批；鸟类，啮齿动物和其他动物；在填埋场内生长的植物。通过上述途径，这些逸出物可导致下列问题：全球变暖-由有机物分解释放的CO2和CH4引起；臭氧层破坏-由含CFC产品中释放的CFC引起；氧化剂的形成-由CH4和其他挥发性有机物形
41、成；酸化-由氮氧化合物和硫化物引起；富营养化-由氮、磷和有机物引起；毒理和生态毒理效应-由渗出液和气体中的金属和有机物引起；土地利用、空间利用、噪音、恶臭、意外事故如火灾、职业卫生和安全、其他。,北京大学环境学院,5）影响分析(续）,B.堆肥来自堆肥过程中有机物分解的气体，排放的污水以及堆肥产品本身，可引起下列环境问题：荒漠化、土壤退化、全球变暖、富营养化、毒理和生态毒理效应、噪声、恶臭、职业卫生和安全、其他。C.焚烧焚烧也可以通过排放的气体，污水和炉灰对环境造成影响：全球变暖、臭氧层破坏、氧化剂形成、酸化、毒理和生态毒理效应、噪声、恶臭、职业卫生和安全、其他。,北京大学环境学院,6.13 建
42、立环境材料数据库的可能性 6.13.1 怎样测定环境材料度,应用LCA方法是否就能知道材料在大多数程度上是环境材料，用什么方法和指标去测量它呢？大多数原材料作为支撑社会基础设施的基石，常常是作为经久耐用的结构材料而被广泛利用。在用途和所希望的功能比较明确的情况下，首先在众多材料中选择符合标准的材料，然后计算出每一个材料的负荷系数及使用寿命，进行比较和分析。下表给出了对超高临界火力发电设备使用材料的评价结果,北京大学环境学院,北京大学环境学院,表中列出了在火力发电时提高发电温度对环境负荷的改 善。为使问题简化，在这里假设将寿命周期限定为只包括制造和使用两个方面，环境负荷也只考虑CO2的排放，并且
43、材料不是从众多材料中选择的，是计划使用的材料。评价的目的在于弄清楚使用这种材料是否合适。另外对材料性能的要求也仅限于蠕变强度，将维持必要强度所需的材料数量数值化并换算为CO2产生量。由表可见，随着蒸汽温度的升高，超高临界压发电效率得到提高，CO2的产生量也相应减少。另一方面，伴随蒸汽温度的升高，对材料的要求就更严格；从质的方面讲，需要能耗和资源投入量更多的特殊材料；在量的方面。则为了保持足够的强度需要大量的材料。计算结果表明，材料的替换会使CO2总量增加，但在一年里高效率的运转中可以被弥补，仅就CO2产生量而言，总的效果是在制造使用过程中减少了环境负荷。,北京大学环境学院,6.13.2环境材料
44、数据库的建立,数据作为分析的基础，由材料的环境负荷数据库和材料性能数据库组成。以此为基础便构成了材料环境评价的综合知识数据库。材料性能数据库可由多年积累起来的材料强度数据表的基础上作成的。环境负荷数据库，由将材料及其各个过程的能耗、大气污染物等环境负荷编目列表的材料环境表（EcoSheet）和将各种材料和物质的流程数据化了的材料流程表（Materials Flow Sheet）构成。从LCA评价过程可知，用LCA评价环境影响主要是一个数据处理的过程。显然，用计算机进行评价可以进行批量处理和重复处理，具有明显的优势。更进一步，建立LCA评价数据库则可将评价结果进行平行比较。大量的事例表明，在评价
45、环境影响时，数据的收集和编目分析对评价结果有重要影响。另外，为了使评价结果具有可比性和互换性，需要有一定量的数据积累和比较方法。由此产生了对材料的环境性能数据库和LCA评价软件的需求。,北京大学环境学院,6.13.3 建立材料环境性能数据库的基本原则,(1)建立的数据库要有一定的通用性，能够在一般情况下被不同领域、不同类型、不同行业以及不同层次的用户兼容和使用；(2)所建立的材料环境性能数据库要具有可比性，即不同国家、不同地区的数据库对同一类材料在相同条件下可以进行比较，以判断不同地区的材料在生产和使用过程中对环境影响的大小；(3)所建立的材料环境性能数据库应具有服务性的功能，能够为用户所面临
46、的环境问题提供决策信息咨询服务，使所建立的数据库具有可持续发展的可能性；(4)所建立的材料环境性能数据库要具有预测性的功能，以使新研制的材料在环境性能方面有所改善和提高，为材料的生态设计提供可靠的依据和手段。,北京大学环境学院,6.13.4 常用环境数据库介绍,大多数从事LCA研究的单位，基本上都经历了从具体的LCA案例分析，到建立环境影响数据库这样一个过程。从20世纪90年代初到现在，全世界围绕LCA研究建立的环境影响数据库已超过1000个，著名的也有十几个。到目前为止，材料类别及用途等方方面面的LCA数据库几乎都在建立，由于LCA数据具有很强的地域性，几乎各个国家和地区都需要建立自己的环境
47、影响数据库。表3-6介绍了一些与材料有关的环境影响数据库，由表可见LCA具有地区和国别的差异。,北京大学环境学院,北京大学环境学院,北京大学环境学院,上 图是一个材料的环境影响数据库框架结构示意图，可见该数据库包括两大部分，一部分是LCA评价软件，由数据输入、评价、输出、打印等组成，各种LCA的数学物理评价模型也在其中，如输入输出法、线性规划法及层次分析法等；另一部分是材料的环境性能数据，包括表面处理工艺流程、涂料、建材、稀土以及其他各种材料的环境影响数据。不同材料具有不同流程，同一材料也有不同生产工艺，其环境影响性也有不同，通用数据库必须包含不同材料、不同性能、不同环境影响等。如何合理制定数据库框架，编制数据库软件是一个基本问题。为了便于LCA数据的交流和使用，国际LCA发展组织(society for promotion of life-cycle-assessment development，SPOLD)提出了一种统一的编目数据格式SPOLD格式，得到了比较广泛的认同。,北京大学环境学院,思考题,LCA（生命周期评价）的基本框架是什么？它的最大特性是什么（优点和不足）？在环境要素指标中，水和大气环境影响指标单位（M3)的物理意义是什么？请予解释。,
